CN107701852A - 轴向牵引式连接海底管道修复作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，应用于海底管道的快速修复。该修复作业装置采用左右对称式构造，并依据剖分式夹紧器的快速夹紧、花键导轨式牵引体的轴向牵引作用、花键槽式导移体的轴向导引作用及液压轴推器和液压周推器提供的推进动力，实施轴向牵引连接海底管道修复作业流程；夹紧器采用剖分式筒体并完成牵引体与海底管道间的水下快速夹紧，海管连接器采用厚壁筒体并完成海底管道两管段的固定连接，牵引体依据花键导轨实现其在海管连接器和导移体轴向滑移时的牵引作用，并依据牵引主杆和牵引辅杆完成海底管道两管段间的对中，导移体依据花键滑道和花键导轨上的移动副实现其在液压轴推器轴向推进中的导引作用。

Description

轴向牵引式连接海底管道修复作业装置

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域水下生产系统修复海底管道时用的装置，特别是涉及一种采用水下连接海底管道技术的轴向牵引式修复作业装置。

背景技术

海洋工程领域的海底管道担负着水下油气井采出液以及合格原油和伴生气等介质输送的重要生产任务，由于其海底运行工况和周围海水环境的特殊性，存在介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发第三方破坏等风险，一旦发生泄漏，不仅造成海洋环境污染、油气资源浪费和生产中断，而且还会对其下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响。

针对具体的海底管道损伤形式，目前水下机械连接器通常有螺栓法兰连接器、快速接头Morgrip连接器和卡爪式管道连接器，螺栓法兰连接器是采用一个旋转环法兰和焊颈法兰，该连接器需要安装工具与海底管道法兰接头之间具有较高精度的对中性，并且海底管道连接作业的施工过程中需要配套专门的作业机具，安装工时较长。快速接头Morgrip连接器是在海底管道两侧各安装一个轴承式法兰，法兰内设置一系列带弹簧的球轴承，并在其中间装有一个连接环，采用该连接器拆装方便，然而其快速接头比传统螺栓法兰接头昂贵，且难以实现水下海底管道的自动连接，同时其安装精度也较低。卡爪式管道连接器以Cameron、FMC Corporation、Oil States等国外公司的产品比较具有代表性，该连接器的特点是连接海底管道作业动作简单且连接可靠，极大缩短了连接工时，然而其缺点是连接器生产技术一直掌握在国外专业公司手中，且目前卡爪式管道连接技术发展仍不完善。此外，国内的水下连接海底管道技术及其连接器尚处于研发阶段，还不具备独自完成深海作业的能力。

发明内容

为了有效解决海底管道的水下快速修复问题并克服现有水下连接海底管道修复技术及其连接器存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种采用水下连接海底管道技术的轴向牵引式修复作业装置。该修复作业装置采用左右对称式构造，并依据剖分式夹紧器的快速夹紧、花键导轨式牵引体的轴向牵引作用、花键槽式导移体的轴向导引作用以及液压轴推器和液压周推器提供的推进动力，实施轴向牵引连接海底管道修复作业流程，最终完成海底管道的水下快速连接与修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，该修复作业装置主要由夹紧器、牵引体、导移体、海管连接器、液压轴推器和液压周推器组成。该修复作业装置整体设计为左右对称式构造，其夹紧器、牵引体、导移体和海管连接器的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，夹紧器、导移体、液压轴推器和液压周推器采用分体式结构，而牵引体和海管连接器则采用单体式结构，两套夹紧器和液压周推器对称布置于牵引体的两侧端，两套液压轴推器和导移体沿轴向对称布置于海管连接器的两端。

夹紧器采用剖分式筒体，并依据液压周推器提供的推进动力完成牵引体与海底管道间的水下快速夹紧，它包括前夹紧体、后夹紧体、夹紧支座和夹紧销轴。

前夹紧体和后夹紧体采用沿轴向全对称布置的厚壁筒体，且前夹紧体和后夹紧体依据其剖分式构造而分别套于海底管道的前部和后部，前夹紧体和后夹紧体沿轴向的内侧端分别车制有三个沿周向均布的螺纹盲孔，并通过牵引螺柱实现牵引体与夹紧器间的固定连接。

前夹紧体和后夹紧体剖分面的顶端均设有沿轴向等间距布置的夹紧轴套，前夹紧体的夹紧轴套与后夹紧体的夹紧轴套之间交错排列，且后夹紧体的夹紧轴套内配置衬瓦，前夹紧体的夹紧轴套和后夹紧体的衬瓦分别与夹紧销轴进行铰接，从而将前夹紧体和后夹紧体连成一体，夹紧销轴的轴端加工有夹紧螺孔并配置六角头螺钉进行固定。前夹紧体和后夹紧体剖分面的上部和下部均设有沿轴向等间距分组排列的锥状凸台，且每组锥状凸台的中央部位钻有圆形孔眼并配置夹紧螺柱，由此实现前夹紧体和后夹紧体与海底管道间的连接。前夹紧体剖分面的下部设置方形插块，前夹紧体方形插块的两侧面上加工有楔形坡口，同时后夹紧体剖分面的下部设置矩形沟槽，后夹紧体矩形沟槽的两侧槽面上也加工有楔形坡口，且后夹紧体的楔形坡口与前夹紧体的楔形坡口相配合。

夹紧支座分两组并沿轴向对称布置于夹紧器的两侧，夹紧支座的端面分别与前夹紧体和后夹紧体的两侧端面保持平齐。每组夹紧支座均含有两个同样结构和规格的分夹紧支座，每个分夹紧支座由矩形钢块和等腰梯形钢块组合而成，且分夹紧支座中等腰梯形钢块的中心对称面与水平面间呈45°，由此每组夹紧支座整体呈现类U形，同时每个分夹紧支座沿径向的顶端设置矩形沟槽并配置周推销轴而实现夹紧支座与液压周推器液压缸间的铰接。

海管连接器采用厚壁筒体，用来完成海底管道预制后两管段间的固定连接，它包括端部密封器、对接器和导向器。端部密封器的挤压套通过锥形卡环与轴推盘的锥形卡槽相配合，且挤压套同时与对接器中对接体的环腔内壁和海底管道的外环面之间精密配合而构成移动副，端部密封器的锥形密封环布置于对接器的对接衬套内。对接器的对接体和导向器中导向体的环形沟槽内配置透镜密封环，对接体通过拱形齿槽与导向体的拱形卡齿相配合，对接体的盘体通过对接螺柱与导向体的盘体进行连接，对接体盘体的环形凹槽内配置内六角形密封环，且对接体沿轴向外侧端的环形凹槽内配置外六角形密封环。导向器中导向体的外环面设有沿周向均布的花键齿并为导移体的上导移盘和下导移盘提供轴向导引的花键滑道，导向体花键齿两侧齿面的齿廓采用对称分布的渐开线。

牵引体依据牵引主杆与导移体之间的花键导轨而实现其在海管连接器和导移体滑移时的轴向牵引作用，并依据牵引主杆和牵引辅杆完成海底管道两管段间的对中，且牵引盘正上方牵引主杆的主杆头和部分主杆身布置于牵引盘沿轴向的外侧而使牵引主杆成为夹紧器在水下快速夹紧过程中的支撑点，它包括牵引盘、牵引主杆、牵引辅杆和连接板。

牵引盘由两个相同构造和规格的单体组成并对称布置于牵引主杆和牵引辅杆的两侧，牵引盘采用圆盘体，其内壁由半圆柱面和两相互平行的垂直平面组合而成，牵引盘的半圆柱面直径及其两垂直平面的间距均等于海底管道的外径，牵引盘内壁的四周设置锥状凸台，且牵引盘锥状凸台上钻有与前夹紧体和后夹紧体螺纹盲孔相同规格大小和位置的螺柱孔。

牵引盘的外缘铣有三个沿周向均布的花键齿孔，并分别配置牵引主杆的主杆身，每个花键齿孔的孔壁上均加工有六个沿周向均布的矩形花键齿槽，各矩形花键齿槽沿轴向布置，同时矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面均采用平面且各平面之间相互垂直布置。牵引盘各花键齿孔轴线所在的柱面上钻有两个沿径向对称布置的圆形孔眼，并分别配置牵引辅杆，牵引盘的花键齿孔与其圆形孔眼之间交错排列。牵引盘的花键齿孔与其锥状凸台之间的部位铣有三个沿周向均布的减阻孔，各减阻孔的内侧环面和外侧环面均采用圆拱面，而各减阻孔的两侧端面均采用平面且其两侧端面所在的平面均通过牵引盘的轴线。

牵引主杆和牵引辅杆均采用分体式长杆体，牵引主杆包含三个杆接箍、两个主杆头、两个主杆身和两个主杆体，牵引主杆和牵引辅杆中杆接箍的结构和规格相同并均由管体加工而成，杆接箍的环腔内壁上车制密封性管螺纹，而其外环面上则铣有扳手方径，杆接箍的扳手方径由四个沿周向均布的平面组成且各平面之间相互垂直布置。主杆体、主杆身和主杆头沿轴向由内而外依次同轴心排列并对称布置于牵引主杆的两侧，主杆头由两个不同规格的螺纹接头和一个杆肩组成，主杆头螺纹接头的端部车制密封性管螺纹且其杆肩实现外连接板的轴向定位，主杆头外侧的螺纹接头与牵引螺母相配合。主杆身沿轴向的外侧端车制螺纹盲孔并与主杆头内侧的螺纹接头相配合，且主杆身的内侧端和主杆体的两侧端设有同样规格的螺纹接头并均与杆接箍相配合，从而组合成一个完整的牵引主杆。

牵引主杆的主杆身和主杆体上均设有六个沿周向均布的花键齿，牵引主杆的各花键齿采用矩形平键，作为海管连接器和导移体轴向滑移时的花键导轨。牵引主杆中主杆身的花键齿实现内连接板的轴向定位且其花键齿的两侧齿面和上表面分别与牵引盘和外导移支座各矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面之间精密配合而构成移动副，同时牵引主杆中主杆体花键齿的两侧齿面和上表面分别与上导移盘、下导移盘和内导移支座各矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面之间精密配合而构成移动副。

牵引辅杆包含三个杆接箍、两个辅杆头、两个辅杆身和两个辅杆体，辅杆体、辅杆身和辅杆头沿轴向由内而外依次同轴心排列并对称布置于牵引辅杆的两侧，辅杆头的杆肩实现牵引盘的轴向定位，辅杆头外侧的螺纹接头与牵引螺母相配合，同时辅杆头内侧的螺纹接头与辅杆身的螺纹盲孔相连接，且辅杆身的内侧端和辅杆体的两侧端均通过螺纹接头与杆接箍相配合，从而组合成一个完整的牵引辅杆，由此通过两个同样规格的牵引辅杆和三个同样规格的牵引主杆并配置牵引螺母而将牵引盘、牵引主杆、牵引辅杆和连接板连成一体。

连接板分两组并沿轴向对称布置于牵引主杆的两侧，而实现牵引主杆与夹紧器间的连接。每组连接板均含有两个同样结构和规格的内连接板和外连接板，内连接板和外连接板由条形钢板加工而成，内连接板和外连接板的一端设有锥状凸台并钻有圆孔，且外连接板的圆孔内配置牵引主杆的主杆头，而内连接板的圆孔则与牵引主杆的主杆身之间采用过渡配合，同时内连接板和外连接板的另一端钻有与夹紧销轴相配合的孔眼，从而将牵引主杆和连接板与前夹紧体和后夹紧体连成一体。

导移体依据上导移盘和下导移盘与导向体花键滑道之间的移动副以及上导移盘、下导移盘、内导移支座和外导移支座与牵引主杆花键导轨之间的移动副而实现其在液压轴推器液压缸推进中的轴向导引作用，它包括上导移盘、下导移盘、外导移支座和内导移支座。

上导移盘和下导移盘采用沿径向对称布置的盘体，且上导移盘和下导移盘依据其剖分式构造而分别套于导向器中导向体的上部和下部，上导移盘的剖分面上设有沿径向对称布置的定位卡块，上导移盘定位卡块的横截面呈等腰梯形。下导移盘的剖分面上铣有沿径向对称布置的定位卡槽，下导移盘定位卡槽的两侧槽面分别与上导移盘定位卡块的两侧面相配合。上导移盘的外缘切有与牵引盘圆形孔眼相同数量和位置的导移槽，上导移盘导移槽的槽底面采用圆拱面而导移槽的两侧槽面则采用平面，且上导移盘导移槽的槽底面与牵引辅杆的辅杆体外环面之间精密配合而构成移动副，同时上导移盘导移槽下侧槽面所在的平面通过上导移盘和下导移盘的轴线而导移槽上侧槽面所在的平面则采用垂直平面，以便于牵引辅杆顺利嵌入上导移盘的导移槽内。此外，上导移盘和下导移盘的剖分面两端均设有柱状圆台，上导移盘和下导移盘柱状圆台的中央部位钻有导移螺孔并通过导移螺柱将上导移盘和下导移盘接于导向器的花键滑道上。

上导移盘和下导移盘的环腔内壁铣有沿周向均布的渐开线花键齿槽，各渐开线花键齿槽的齿槽顶面采用圆拱面并位于同一圆柱面上，各渐开线花键齿槽的齿槽顶面所在圆柱面的直径大于导向器中导向体花键齿的齿顶面所在圆柱面的直径，且上导移盘和下导移盘渐开线花键齿槽的两侧齿槽面分别与导向器中导向体花键齿的两侧齿面之间精密配合而构成移动副。上导移盘和下导移盘环腔内壁的四周沿径向依次设置锥状凸台和减阻沟槽，各减阻沟槽沿周向均匀布置，且各减阻沟槽的沟槽底面采用圆拱面而其两侧槽面则采用平面，同时减阻沟槽两侧槽面所在的平面均通过上导移盘和下导移盘的轴线。

上导移盘和下导移盘的外缘沿径向呈辐射状依次布置锥状卡环和花键齿孔，上导移盘和下导移盘中的锥状卡环的环腔内壁与液压轴推器液压缸的外环面之间采用过盈配合，且上导移盘和下导移盘的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆体，同时上导移盘和下导移盘的锥状卡环和花键齿孔与其减阻沟槽之间交错排列。

外导移支座沿周向均匀焊接于对接器中对接体的外环面上，内导移支座沿周向均匀焊接于导向器中导向体的外环面上，且内导移支座和外导移支座的数量和规格相同并沿轴向对称布置，内导移支座和外导移支座均由矩形钢块和梯形钢块组合而成，由此沿轴向相同位置处的内导移支座和外导移支座整体呈现U形。内导移支座和外导移支座的外侧端沿径向呈辐射状依次设置矩形槽孔和花键齿孔，外导移支座的矩形槽孔内配置轴推销轴而与液压轴推器液压缸的缸筒进行铰接，内导移支座的矩形槽孔内配置轴推销轴而与液压轴推器液压缸的活塞杆进行铰接。外导移支座的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆身，且内导移支座的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆体，同时上导移盘和下导移盘以及内导移支座和外导移支座上的花键齿孔与牵引盘的花键齿孔相对应且其花键齿孔孔壁上矩形花键齿槽的数量、结构和规格相同。

该修复作业装置包含两套独立的液压驱动系统，即液压轴推器和液压周推器，用来提供推进动力，实现海底管道的快速修复。液压轴推器通过内导移支座和外导移支座实现对接器和导向器间的连接，并完成端部密封器、对接器、上导移盘和下导移盘的轴向推进，液压轴推器采用沿海底管道周向均布的三个独立液压缸，各液压缸沿轴向放置；而液压周推器则通过夹紧支座实现前夹紧体和后夹紧体的合拢，并完成夹紧器和牵引体与海底管道间的快速夹紧，液压周推器包括两个独立的液压缸，且两个液压缸分别沿周向水平布置于夹紧器的两侧。

所有独立液压缸的液压油均通过多路换向阀统一分配以实现液压轴推器的自动同步轴向推进和液压周推器的自动同步周向推进功能，同时液压缸均采用活塞式油缸，通过其两端进油管路的通油和出油管路的回油实现双向推进运动。液压轴推器的液压缸通过轴推销轴与对接器和导向器进行铰接，而液压周推器的液压缸则通过周推销轴与夹紧器锚定在一起，轴推销轴与周推销轴的轴端均配置有开口销加以固定。

轴向牵引连接海底管道修复作业的流程为，依靠液压周推器驱动和牵引盘内壁的定位，前夹紧体和后夹紧体紧密贴合至海底管道的外环面，而后旋松牵引主杆的杆接箍并卸下牵引主杆的主杆体，依据牵引主杆的轴向牵引作用使两套对接器和端部密封器分别沿着海底管道的外环面进行轴向滑移而完成水下对接；接着，牵引辅杆的辅杆体卡入上导移盘的导移槽内，依据液压轴推器驱动并结合导移体的轴向导引作用而使上导移盘和下导移盘沿着导向器的花键滑道进行轴向滑移，液压轴推器通过轴推销轴与外导移支座相连接，而后装上牵引主杆的主杆体并依据牵引体的轴向牵引作用而使对接器和端部密封器沿轴向滑移，直至导向器的拱形卡齿嵌入对接器的拱形齿槽内；最后，夹紧对接器和导向器间的透镜密封环和内六角形密封环并分别产生变形而形成双重金属密封，而后夹紧端部密封器和对接器间的锥形密封环和外六角形密封环并分别产生变形而形成双重金属密封。

本发明所能达到的技术效果是，该修复作业装置采用左右对称式构造，并依据剖分式夹紧器的快速夹紧、花键导轨式牵引体的牵引作用、花键槽式导移体的轴向导引作用以及液压轴推器和液压周推器提供的推进动力，实施轴向牵引连接海底管道修复作业流程，最终完成海底管道的水下快速连接与修复；夹紧器采用剖分式筒体并完成牵引体与海底管道间的水下快速夹紧，海管连接器采用厚壁筒体并完成海底管道预制后两管段间的固定连接，牵引体依据牵引主杆上的花键导轨实现其在海管连接器和导移体滑移时的轴向牵引作用，并依据牵引主杆和牵引辅杆完成海底管道两管段间的对中，且牵引盘正上方的牵引主杆为夹紧器在水下快速夹紧过程中提供支撑点，导移体依据花键滑道和花键导轨上的移动副实现其在液压轴推器液压缸推进中的轴向导引作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置的典型修复作业装置结构简图。

图2是图1的俯视图。

图3是轴向牵引式连接海底管道修复作业装置中夹紧器和液压周推器的结构简图。

图4是图3的左视图。

图5是轴向牵引式连接海底管道修复作业装置中牵引体的结构简图。

图6是图5的左视图。

图7是轴向牵引式连接海底管道修复作业装置中导移体和液压轴推器的结构简图。

图8是图7的左视图。

图9是轴向牵引式连接海底管道修复作业装置中海管连接器的结构简图。

图10是轴向牵引式连接海底管道修复作业装置中轴向牵引连接海底管道修复作业的流程简图。

图中1－夹紧器，2－液压周推器，3－牵引体，4－液压轴推器，5－导移体，6－海管连接器，7－海底管道，8－夹紧销轴，9－周推销轴，10－夹紧支座，11－后夹紧体，12－前夹紧体，13－连接板，14－牵引盘，15－牵引主杆，16－牵引辅杆，17－轴推销轴，18－内导移支座，19－上导移盘，20－下导移盘，21－外导移支座，22－端部密封器，23－对接器，24－导向器。

具体实施方式

在图1和图2中，轴向牵引式连接海底管道修复作业装置主要由夹紧器1、液压周推器2、牵引体3、液压轴推器4、导移体5和海管连接器6组成，其整体设计为左右对称式构造，两套夹紧器1和液压周推器2对称布置于牵引体3的两侧端，两套液压轴推器4和导移体5沿轴向对称布置于海管连接器6的两端。

在图1和图2中，轴向牵引式连接海底管道修复作业装置组装前，夹紧器1、牵引体3、导移体5和海管连接器6主体部件的外表面分别进行喷漆防腐处理，牵引体3的牵引主杆置入其牵引盘的花键齿孔内以及牵引体3的牵引主杆置入导移体5中上导移盘、下导移盘、内导移支座和外导移支座的花键齿孔内，均应该灵活移动且无阻滞，导移体5的上导移盘和下导移盘应沿海管连接器6的花键齿正常滑动且无阻滞，并保持夹紧器1和海管连接器6内壁的清洁，最后检查海管连接器6的透镜密封环、锥形密封环以及内外六角形密封环有无损伤，检查各销轴和螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1和图2中，轴向牵引式连接海底管道修复作业装置组装时，导移体5的内导移支座和外导移支座沿周向均匀焊接于海管连接器6的外环面上，液压轴推器4通过导移体5的上导移盘和下导移盘而接于海管连接器6外环面的花键齿上，液压周推器2通过夹紧支座且牵引体3通过连接板和牵引螺柱而与夹紧器1连成一体，最后导移体5和海管连接器6通过牵引主杆和牵引辅杆与牵引体3进行连接。

在图3和图4中，夹紧器1中后夹紧体11和前夹紧体12的环腔内壁直径与海底管道7的外径相一致，夹紧销轴8的规格需要综合考虑海底管道7预制后两管段发生偏移而产生的附加作用力等因素进行选取，液压周推器2液压缸推程的设计需要综合考虑夹紧支座10分夹紧支座的间距和海底管道7的外径等因素。

在图3和图4中，后夹紧体11的夹紧轴套内配置衬瓦并通过夹紧销轴8与前夹紧体12的夹紧轴套之间实现铰接，夹紧支座10分两组并焊接于夹紧器1的两侧，液压周推器2的液压缸通过周推销轴9和夹紧支座10而分别与后夹紧体11和前夹紧体12连接在一起，前夹紧体12的方形插块与后夹紧体11的矩形沟槽相配合而实现后夹紧体11和前夹紧体12闭合时的定位，由此依据液压周推器2提供的推进动力使后夹紧体11和前夹紧体12完成张开和闭合，最终完成夹紧器1和牵引体3与海底管道7之间的水下快速夹紧。

在图5和图6中，牵引体3中牵引盘14的内壁直径与海底管道7的外径相一致，牵引主杆15和牵引辅杆16的设计需要综合考虑海底管道7预制后两管段发生偏移而产生的附加作用力、海管连接器6的重力作用而引发的弯曲应力和弯曲变形等因素，牵引主杆15的设计还需要考虑夹紧器1和液压周推器2的重力合力而引发的弯曲应力和弯曲变形等因素，牵引主杆15和牵引辅杆16的轴向长度需要考虑海底管道7预制后两管段的间距等因素进行选取。

在图5和图6中，牵引体3中牵引主杆15的主杆身和主杆体上设置花键齿，从而为导移体5和海管连接器6提供轴向滑移时的花键导轨，主杆头、主杆身和主杆体通过杆接箍和螺纹接头组合成一个完整的牵引主杆15，且辅杆头、辅杆身和辅杆体通过杆接箍和螺纹接头组合成一个完整的牵引辅杆16，牵引盘14通过牵引螺母而将牵引主杆15、牵引辅杆16和连接板13连成一体，从而实现海底管道7预制后两管段间的对中，牵引盘14正上方牵引主杆15的主杆头和部分主杆身布置于牵引盘14沿轴向的外侧并通过连接板13和夹紧销轴8与夹紧器1相连接，从而为水下快速夹紧过程中的夹紧器1提供支撑。

在图7和图8中，液压轴推器4中液压缸的推程需要小于牵引主杆15中主杆身花键齿的轴向长度，导移体5的上导移盘19和下导移盘20的环腔内壁直径与海底管道7的外径相一致，上导移盘19和下导移盘20随液压轴推器4液压缸轴向滑移的最大轴向长度小于海管连接器6外环面上花键齿的轴向长度。

在图7和图8中，上导移盘19和下导移盘20与海管连接器6导向体花键滑道之间形成移动副，上导移盘19和下导移盘20以及内导移支座18和外导移支座21与牵引主杆15花键导轨之间形成移动副，上导移盘19的导移槽与牵引辅杆16的辅杆体之间形成移动副，液压轴推器4的液压缸通过轴推销轴17分别与内导移支座18和外导移支座21连接在一起，由此实现液压轴推器4的液压缸轴向推进海管连接器6时的轴向导引作用。

在图9中，海管连接器6的规格需要与海底管道7的外径相一致，海管连接器6的轴向长度设计需要考虑海底管道7预制后两管段的间距等因素，端部密封器22中锥形密封环和对接器23中透镜密封环的规格需要综合考虑海底管道7中油气介质物性和最大输送压力等因素后进行选型，对接器23的内六角形密封环和外六角形密封环的规格需要综合考虑海底管道7周围海水的物性和压力等因素后进行选型。

在图9中，海管连接器6的端部密封器22和对接器23依靠液压轴推器4提供的推进动力，并结合端部密封器22的挤压套和对接器23的对接体与海底管道7间的移动副以及牵引主杆15提供的花键导轨而与导向器24进行水下对中，并依据端部密封器22的锥形密封环以及对接器23中透镜密封环、内六角形密封环和外六角形密封环产生变形所形成的金属密封，从而完成海底管道7预制后两管段间的固定连接。

在图10中，轴向牵引连接海底管道修复作业流程中，液压周推器2的液压缸通过周推销轴9和夹紧支座10分别与后夹紧体11和前夹紧体12相连，依据液压周推器2液压缸提供的推进动力使后夹紧体11和前夹紧体12绕夹紧销轴8顺利张开，直至牵引盘14的轴线与海底管道7的中心线重合为止，接着依据液压周推器2液压缸提供的推进动力使后夹紧体11和前夹紧体12绕夹紧销轴8完成闭合，直至前夹紧体12的方形插块完全插入后夹紧体11的矩形沟槽内为止，利用水下机器人拧紧各夹紧螺柱并使后夹紧体11和前夹紧体12一起紧密贴合至海底管道7的外环面上，从而完成夹紧器1的水下快速夹紧。

在图10中，轴向牵引连接海底管道修复作业流程中，利用水下机器人旋松牵引主杆15的杆接箍并卸下牵引主杆15的主杆体，依靠牵引辅杆16保持海底管道7两管段之间的对中状态，接着依据外导移支座21与牵引主杆15主杆身之间花键导轨的移动副而实现牵引主杆15的轴向牵引作用，并使端部密封器22和对接器23一起沿着海底管道7的外环面进行轴向滑移，从而完成端部密封器22和对接器23的水下对接。

在图10中，轴向牵引连接海底管道修复作业流程中，依据牵引辅杆16的辅杆体与上导移盘19导移槽之间的精确配合完成导向器24与对接器23之间的对中，而后依据上导移盘19和下导移盘20与导向器24之间花键滑道的移动副以及液压轴推器4液压缸提供的推进动力，从而使导移体5沿轴向进行滑移，接着利用水下机器人和轴推销轴17完成外导移支座21与液压轴推器4液压缸缸筒之间的铰接；然后，利用水下机器人拧紧各牵引主杆15的杆接箍并装上牵引主杆15的主杆体，而后依据上导移盘19和下导移盘20与导向器24之间花键滑道的移动副，上导移盘19、下导移盘20、内导移支座18和外导移支座21与牵引主杆15之间花键导轨的移动副，上导移盘19与牵引辅杆16之间的移动副以及液压轴推器4液压缸提供的推进动力，从而使端部密封器22和对接器23沿轴向进行滑移，并通过导向器24的拱形卡齿与对接器23拱形齿槽之间的配合而实现对接器23的轴向定位；最后，利用水下机器人拧紧各对接螺柱使对接器23的对接体和导向器24的导向体沿轴向相向移动，透镜密封环和内六角形密封环依据对接器23的对接体和导向器24的导向体之间的夹紧力而产生变形并形成双重金属密封，同时通过各螺纹连接使端部密封器22的挤压套和轴推盘与对接器23的对接体沿轴向相向移动，锥形密封环和外六角形密封环依据端部密封器22的挤压套和轴推盘与对接器23的对接体之间的夹紧力而产生变形并形成双重金属密封。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其夹紧器和液压周推器对称布置于牵引体的两侧端，两套液压轴推器和导移体沿轴向对称布置于海管连接器的两端，该修复作业装置采用左右对称式构造，并依据剖分式夹紧器的快速夹紧、花键导轨式牵引体的轴向牵引作用、花键槽式导移体的轴向导引作用以及液压轴推器和液压周推器提供的推进动力，实施轴向牵引连接海底管道修复作业流程，完成海底管道的水下快速连接与修复，其特征在于：

一夹紧器；所述夹紧器采用剖分式筒体，前夹紧体和后夹紧体采用沿轴向全对称布置的厚壁筒体且其剖分面的顶端均设有等间距布置的夹紧轴套，后夹紧体的夹紧轴套内配置衬瓦，前夹紧体剖分面的下部设置方形插块，且后夹紧体剖分面的下部设置矩形沟槽，夹紧支座分两组并对称布置于夹紧器的两侧，每组夹紧支座整体呈现类U形；

一海管连接器；所述海管连接器采用厚壁筒体，端部密封器的挤压套通过锥形卡环与轴推盘的锥形卡槽相配合，对接器的对接体和导向器中导向体的环形沟槽内配置透镜密封环，导向器的导向体为导移体的上导移盘和下导移盘提供轴向导引的花键滑道；

一牵引体；所述牵引体依据牵引主杆与导移体之间的花键导轨而实现其在海管连接器和导移体滑移时的轴向牵引作用，牵引盘采用圆盘体，其内壁由半圆柱面和两相互平行的垂直平面组合而成，牵引盘的外缘铣有三个沿周向均布的花键齿孔，每个花键齿孔的孔壁上均加工有六个沿周向均布的矩形花键齿槽，各花键齿孔轴线所在的柱面上钻有两个沿径向对称布置的圆形孔眼，牵引盘的花键齿孔与其锥状凸台之间的部位铣有三个沿周向均布的减阻孔；牵引主杆和牵引辅杆均采用分体式长杆体且其杆接箍由管体加工而成，杆接箍的外环面上铣有扳手方径，主杆体、主杆身和主杆头沿轴向由内而外依次同轴心排列并对称布置于牵引主杆的两侧；牵引主杆的主杆身和主杆体上均设有六个沿周向均布的花键齿，牵引主杆的各花键齿采用矩形平键，作为海管连接器和导移体轴向滑移时的花键导轨；辅杆体、辅杆身和辅杆头沿轴向由内而外依次同轴心排列并对称布置于牵引辅杆的两侧，连接板分两组并沿轴向对称布置于牵引主杆的两侧，每组连接板的内连接板和外连接板均由条形钢板加工而成；

一导移体；所述导移体依据上导移盘和下导移盘与导向体花键滑道之间的移动副以及上导移盘、下导移盘、内导移支座和外导移支座与牵引主杆花键导轨之间的移动副而实现其在液压轴推器液压缸推进中的轴向导引作用，上导移盘和下导移盘采用沿径向对称布置的盘体，上导移盘的剖分面上设有沿径向对称布置的定位卡块，下导移盘的剖分面上铣有沿径向对称布置的定位卡槽，上导移盘的外缘切有与牵引盘圆形孔眼相同数量和位置的导移槽，上导移盘导移槽的槽底面采用圆拱面而导移槽的两侧槽面则采用平面，上导移盘和下导移盘的剖分面两端均设有柱状圆台；上导移盘和下导移盘的环腔内壁铣有沿周向均布的渐开线花键齿槽，而其环腔内壁的四周沿径向依次设置锥状凸台和减阻沟槽，各渐开线花键齿槽的齿槽顶面采用圆拱面，同时上导移盘和下导移盘的外缘沿径向呈辐射状依次布置锥状卡环和花键齿孔；沿轴向相同位置处的内导移支座和外导移支座整体呈现U形，内导移支座和外导移支座的外侧端沿径向呈辐射状依次设置矩形槽孔和花键齿孔，外导移支座的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆身，且内导移支座的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆体；

一液压轴推器和液压周推器；所述液压轴推器通过内导移支座和外导移支座实现对接器和导向器间的连接，它采用沿海底管道周向均布的三个独立液压缸，液压周推器通过夹紧支座实现前夹紧体和后夹紧体的合拢，它包括两个独立的液压缸。

2.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述轴向牵引式连接海底管道修复作业装置的夹紧器、导移体、液压轴推器和液压周推器采用分体式结构，而牵引体和海管连接器则采用单体式结构。

3.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述夹紧器完成牵引体与海底管道间的水下快速夹紧，夹紧器的前夹紧体和后夹紧体依据其剖分式构造而分别套于海底管道的前部和后部；

所述前夹紧体的夹紧轴套与后夹紧体的夹紧轴套之间交错排列，前夹紧体和后夹紧体剖分面的上部和下部均设有沿轴向等间距分组排列的锥状凸台，且每组锥状凸台的中央部位钻有圆形孔眼；前夹紧体方形插块的两侧面上加工有楔形坡口，同时后夹紧体矩形沟槽的两侧槽面上加工有楔形坡口，且后夹紧体的楔形坡口与前夹紧体的楔形坡口相配合；

所述夹紧支座的端面分别与前夹紧体和后夹紧体的两侧端面保持平齐，每组夹紧支座均含有两个同样结构和规格的分夹紧支座，且分夹紧支座中等腰梯形钢块的中心对称面与水平面间呈45°，同时每个分夹紧支座沿径向的顶端设置矩形沟槽并配置周推销轴。

4.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述海管连接器完成海底管道预制后两管段间的固定连接，端部密封器的挤压套同时与对接器中对接体的环腔内壁和海底管道的外环面间精密配合而构成移动副，对接器的对接体通过拱形齿槽与导向器中导向体的拱形卡齿相配合，导向器中导向体的外环面设有沿周向均布的花键齿。

5.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述牵引体依据牵引主杆和牵引辅杆完成海底管道两管段间的对中，且牵引盘正上方牵引主杆的主杆头和部分主杆身布置于牵引盘沿轴向的外侧而作为夹紧器水下快速夹紧时的支撑点；

所述牵引盘由两个相同构造和规格的单体组成并对称布置于牵引主杆和牵引辅杆的两侧，牵引盘的半圆柱面直径及其两垂直平面的间距均等于海底管道的外径，牵引盘内壁的四周设置锥状凸台；牵引盘的花键齿孔内分别配置牵引主杆的主杆身，每个花键齿孔的各矩形花键齿槽沿轴向布置，同时矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面均采用平面且各平面之间相互垂直布置；牵引盘的圆形孔眼内分别配置牵引辅杆，牵引盘的花键齿孔与其圆形孔眼之间交错排列，且牵引盘各减阻孔的内侧环面和外侧环面均采用圆拱面，而各减阻孔的两侧端面均采用平面且其两侧端面所在的平面均通过牵引盘的轴线。

6.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述牵引体的牵引主杆包含三个杆接箍、两个主杆头、两个主杆身和两个主杆体，牵引主杆和牵引辅杆中杆接箍的扳手方径由四个沿周向均布的平面组成且各平面之间相互垂直布置；主杆头由两个不同规格的螺纹接头和一个杆肩组成，主杆身沿轴向的外侧端车制螺纹盲孔并与主杆头内侧的螺纹接头相配合，且主杆身的内侧端和主杆体的两侧端设有同样规格的螺纹接头并均与杆接箍相配合，从而组合成一个完整的牵引主杆；

所述牵引主杆中主杆身的花键齿实现内连接板的轴向定位且其花键齿的两侧齿面和上表面分别与牵引盘和外导移支座各矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面之间精密配合而构成移动副，同时牵引主杆中主杆体花键齿的两侧齿面和上表面分别与上导移盘、下导移盘和内导移支座各矩形花键齿槽的两侧齿槽面和齿槽顶面之间精密配合而构成移动副。

7.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述牵引体的牵引辅杆包含三个杆接箍、两个辅杆头、两个辅杆身和两个辅杆体，辅杆头的杆肩实现牵引盘的轴向定位，辅杆头内侧的螺纹接头与辅杆身的螺纹盲孔相连接，且辅杆身的内侧端和辅杆体的两侧端均通过螺纹接头与杆接箍相配合，从而组合成一个完整的牵引辅杆，由此通过两个同样规格的牵引辅杆和三个同样规格的牵引主杆并配置牵引螺母而将牵引盘、牵引主杆、牵引辅杆和连接板连成一体；

所述连接板实现牵引主杆与夹紧器间的连接，每组连接板均含有两个同样结构和规格的内连接板和外连接板，内连接板和外连接板的一端设有锥状凸台并钻有圆孔，且外连接板的圆孔内配置牵引主杆的主杆头，而内连接板的圆孔则与牵引主杆的主杆身之间采用过渡配合，同时内连接板和外连接板的另一端钻有与夹紧销轴相配合的孔眼，从而将牵引主杆和连接板与前夹紧体和后夹紧体连成一体。

8.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述导移体的上导移盘和下导移盘依据其剖分式构造而分别套于导向器中导向体的上部和下部，上导移盘定位卡块的横截面呈等腰梯形，下导移盘定位卡槽的两侧槽面分别与上导移盘定位卡块的两侧面相配合；上导移盘导移槽的槽底面与牵引辅杆的辅杆体外环面之间精密配合而构成移动副，同时上导移盘导移槽下侧槽面所在的平面通过上导移盘和下导移盘的轴线而导移槽上侧槽面所在的平面则采用垂直平面；上导移盘和下导移盘柱状圆台的中央部位钻有导移螺孔并通过导移螺柱将上导移盘和下导移盘接于导向器的花键滑道上；

所述上导移盘和下导移盘的各渐开线花键齿槽的齿槽顶面位于同一圆柱面上，各渐开线花键齿槽的齿槽顶面所在圆柱面的直径大于导向器中导向体花键齿的齿顶面所在圆柱面的直径，且上导移盘和下导移盘渐开线花键齿槽的两侧齿槽面分别与导向器中导向体花键齿的两侧齿面之间精密配合而构成移动副；上导移盘和下导移盘的各减阻沟槽沿周向均匀布置，且各减阻沟槽的沟槽底面采用圆拱面而其两侧槽面则采用平面，同时减阻沟槽两侧槽面所在的平面均通过上导移盘和下导移盘的轴线。

9.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述上导移盘和下导移盘中的锥状卡环的环腔内壁与液压轴推器液压缸的外环面之间采用过盈配合，且上导移盘和下导移盘的花键齿孔内配置牵引主杆的主杆体，同时上导移盘和下导移盘的锥状卡环和花键齿孔与其减阻沟槽之间交错排列；

所述导移体中的外导移支座沿周向均匀焊接于对接器中对接体的外环面上，内导移支座沿周向均匀焊接于导向器中导向体的外环面上，且内导移支座和外导移支座的数量和规格相同并沿轴向对称布置；外导移支座的矩形槽孔内配置轴推销轴而与液压轴推器液压缸的缸筒进行铰接，内导移支座的矩形槽孔内配置轴推销轴而与液压轴推器液压缸的活塞杆进行铰接，同时上导移盘和下导移盘以及内导移支座和外导移支座上的花键齿孔与牵引盘的花键齿孔相对应且其花键齿孔孔壁上矩形花键齿槽的数量、结构和规格相同。

10.根据权利要求1所述的轴向牵引式连接海底管道修复作业装置，其特征在于：所述轴向牵引式连接海底管道修复作业装置包含两套独立的液压驱动系统，即液压轴推器和液压周推器，液压轴推器完成端部密封器、对接器、上导移盘和下导移盘的轴向推进，液压轴推器的各液压缸沿轴向放置，而液压周推器则完成夹紧器和牵引体与海底管道间的快速夹紧，液压周推器的两个液压缸分别沿周向水平布置于夹紧器的两侧；所有独立液压缸的液压油均通过多路换向阀统一分配以实现液压轴推器的自动同步轴向推进和液压周推器的自动同步周向推进功能。